功率因数补偿控制器如何设计？

品慧电子讯随着现代工业的发展，电网中使用的感性负载也愈来愈多，如感应式电动机、变压器等。这些设备在工作时不但要消耗有功功率，同时需要电网向其提供相应的无功功率，造成电网的功率因数偏低。

随着现代工业的发展，电网中使用的感性负载也愈来愈多，如感应式电动机、变压器等。这些设备在工作时不但要消耗有功功率，同时需要电网向其提供相应的无功功率，造成电网的功率因数偏低。

在电网中并联电容器可以减少电网向感性负载提供的无功功率，从而降低输电线路因输送无功功率造成的输电损耗，改善电网的运行条件，因此功率因数补偿控制器一直有着广阔的应用市场。本文所介绍的功率因数补偿控制器符合 JB/T9663－1999 国家标准，主要功能有：

（1）相序自动识别

（2）电压、电流、功率因数采样与显示

（3）过压解除、欠流封锁，从而保护电容器及避免循环投切

（4）采用先投入的先切除，先切除的先投入的原则，对补偿电容实行循环投切

（5）所有的工作参数都可以通过面板按键设定，包括投入门限、切除门限、过压保护门限、欠电流封锁门限、投切延时时间

一、工作原理

采样三相电源中一线电流（如 A 线）与另外两线的电压（如 BC 线）之间的相位差，通过一定的运算，得到当前电网的实时功率因数。此功率因数与设定的投入门限和切除门限比较，在整个投切延时时间内，若在投切门限以内，则不予动作；若小于投入门限，则另投入一组电容器；若大于切除门限或发现功率因数为负时，则切除一组已投入的电容器。再经过投切延时时间，重复比较与投切，直到当前的功率因数达到投切门限以内。在投切过程中，若发现检测到的电压大于设定的过压保护门限，则按组切除所有已投入的电容；当检测到的电压超过设定的过压保护门限的 10％时，则一次性切除所有已投入的电容，用以保护电容器。在投切时若发现检测到的电流小于欠电流封锁门限，则停止投切动作，避免系统出现循环投切现象。

由于在三相供电中有不同接线方法，不同的接线方法对功率因数的算法也不一样，因此我们规定 ARC 系列功率因数自动补偿控制仪的电流取自三相供电中的 A 线，电压取自 BC 间的线电压，同时为减少现场接线的复杂度，我们在程序中对相位进行自动判别。

在三相供电中，我们假设三相的相电压分别为 Ua、Ub、Uc，A 线电流为 Ia

则有 Ua=Usin（ωt），Ub=Usin（ωt+120o），Uc=Usin（ωt+240o），

从而得到 BC 间的线电压为 Ubc=Ub-Uc= Usin（ωt-90o）

若 A 线负载为纯阻性，则 A 线电流 Ia 与 A 线电压 Ua 同相，Ia 超前 Ubc 的角度为 90o；

若 A 线负载为感性，则 A 线电流 Ia 滞后 A 线电压 Ua 角度为φ（0o≤φ≤90o），Ia 超前 Ubc 的角度为 90o-φ；

若 A 线负载为容性，则 A 线电流 Ia 超前 A 线电压 Ua 角度为φ（0o≤φ≤90o），Ia 超前 Ubc 的角度为 90o+φ

在我们的 ARC 功率因数自动补偿控制仪中，为了计算的方便，我们电流相位的采样为电压采样的第二个周期，即若没有相位差 Ia 滞后 Ua 的角度为 360o。在实际检测中，假设我们检测到 Ia 滞后 Ubc 的角度为α，根据以上的分析得知：

若 180o《α《270o，则电路为容性负载，COSφ=COS（270o-α）

若α＝270o，则电路为感性负载，COSφ=1

若 270o《α《360o，则电路为感性负载 COSφ=COS（α-270o）